组件电性能测试如图2所示。由图可见，组件短路电流I_sc（4.588A）和最大功率Pmax（143.028W）明显偏低；此类正常组件短路电流I_sc一般为5.2A，最大功率P_max一般为175W以上。说明组件中存在着大量低效率电池片，导致组件功率的严重下降。

图2 光照条件组件电性能测试 

          而后，我们进行了电池片电致发光EL测试，如下图3和4所示。其黑心和黑斑现象如组件EL测试所见。

 

　　                  图3 样片1EL测试                     图4 样片2EL测试

    两片电池效率分别为11.06%和13.99%，Isc分别为4.73A和4.62A，均明显偏低；而此类正常电池片效率一般为17.5%左右，Isc为5.3A左右。

    电池光诱导电流密度（LBICCurrent）测试如图5和6所示。

图5 样片1 LBIC Current测试                     图6 样片2 LBIC Current测试

　　图7样片1少子寿命测试              图8样片2少子寿命测试

    硅片少子寿命测试与电池光诱导电流密度（LBICCurrent）测试和电池EL测试具有很好的对应关系，说明造成电池效率低的原因为硅片本身内部缺陷所致，与电池工艺没有直接关系。

    而后，对硅片进行化学抛光和Wright液腐蚀，样片2呈现出明显的与EL测试、电流密度（LBICCurrent）测试和少子寿命测试相对应的图案形貌，如图9所示。

　　图9样片2经化学腐蚀后图案形貌

    样片1的光学显微观察如图10和11所示，局部区域具有很高的位错密度达10E5~10E6左右。样片2的光学显微观察如图12和13所示，在如图9所示的中心圆形图案形貌内，其位错密度均高达10E6~10E7左右。

 

图10 样片1位错密度10E5~10E6（×500倍）     图11 样片1位错密度10E5~10E6（×500倍）

 

  图12 样片2位错密度10E6~10E7（×200倍）         图13 样片2位错密度10E6~10E7（×500倍）
    最后，我们对如图9中，样片2所示的黑心内外做SIMS测试，测试结果如表2所示。SIMS测试结果显示，黑心内外各种杂质含量正常。

　综上所述，正是由于硅片中存在着极高的位错密度，成为少数载流子的强复合中心，最终导致电池性能的严重下降。而与电池工艺和材料内部杂质无直接关系。

　4.拉晶工艺对单晶位错的影响

　4.1引颈对单晶位错的影响

　由于籽晶和硅熔液接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用引颈生长使之消失。引颈是将籽晶快速往上提升，使长出的晶体直径缩小到一定的大小（4~6mm）。由于位错线通常与生长轴成一个夹角，只要引颈足够长，位错便能长出晶体表面，得到无位错的晶体，如图14所示。为了能完全消除位错，一般的原则是让引颈长度约等于一个晶棒直径的长度，即对于直径为150mm的晶棒，引颈长度约为150mm。

 图14 利用引晶生长以消除位错的技术（Dash Technique）

    如果在引颈过程中，由于引颈长度不足等原因未能将位错完全消除，将造成单晶位错密度的增加，甚至在单晶生长过程中引起断苞。

    4.2放肩对单晶位错的影响

  出于经济方面的考虑，放肩的形状通常较平。如果降温太快，液面呈现过冷情况，肩的形状因直径快速放大而变成方形，严重时易导致位错的重新产生，甚至出现断苞而失去单晶的结构。  

    4.3 等径生长时，断苞对单晶位错的影响

         等径生长时，如果出现断苞，晶棒又足够长时，我们会收尾后作为A段取出。但在断苞处会有大量位错存在，而且位错会沿晶棒向上返一个直径左右，我们称之为位错段。因此，虽然此位错段具有完整的晶线，但往往具有比较高的位错密度，我们经切片腐蚀之后，发现此类硅片的局部位错密度高达2×10E4左右，如图15、16所示。

 

　    图15位错段光学显微照片1（×200倍）          图16位错段光学显微照片2（×500倍）

　  4.4收尾对单晶位错的影响

　  一般而言，单晶收尾时锅里的料要保证是投料量的5~10%左右。如果收尾时，锅里的料太少，很容易造成坩埚内熔体过冷，一旦过冷必然造成收尾时掉苞，表面看起来是完整的收尾，实际已经失去单晶的结构。这样由断苞处上返一个直径的单晶会存在比较高的位错密度。

　  4.5拉速和热场对单晶位错的影响

　  由于硅片来自于等径生长时的晶身，所以此阶段的参数控制是非常重要的。等径生长时，拉速和热场直接关系着晶棒内部缺陷的形成（OISF、D-defects、COP等）。

　  根据热力学原理，拉晶过程中，本质点缺陷一定会出现在晶体中。从固液界面形成的点缺陷，在随着晶棒的冷却过程中，可能发生扩散、再结合等反应，最后在特定温度范围内，通过过饱和析出而聚集形成微缺陷（OISF、D-defects、COP等），大量的微缺陷又可能形成位错。

　  根据Voronkov的模型和其V/G理论，点缺陷和微缺陷的形成与拉晶速度V和温度梯度G有直接的关系。因此在实际生产中，可以通过调整拉晶速度和改善保温系统等方法来达到控制点缺陷、微缺陷和位错的目的。

  　5.结论

　  单晶硅片中的位错是少数载流子的强复合中心，会严重影响硅片的少子寿命，最终影响太阳能电池和组件性能。

  　通过调整引颈、放肩、等径生长和收尾等步骤的工艺参数，以及控制拉速和改善温场等方法，可以很好地减少位错的产生，达到控制位错密度的目的，消除或降低其对太阳能电池的不良影响。